(57)【要約】【課題】本発明の微細光学部品は従来の方法では製造が困難であった一定の曲率からなる曲面を有し、寸法精度が高い微細光学部品の製造方法を提供することが目的である。【解決手段】導電性基板上に部分的に導電性基板が露出するようなパターンで非導電性膜を形成する工程と、導電性基板が露出している部分に電鋳処理を施し、非導電性膜の厚さより厚く電鋳部材を形成する工程と、電鋳部材の形状を他の部材に転写し成形品を作製する工程とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板上に部分的に導電性基板が露出するパターンで非導電性膜を形成する工程と、
前記導電性基板が露出している部分に電鋳処理を施し、非導電性膜の厚さより厚く前記導電性基板上に電鋳部材を形成する工程と、
前記電鋳部材の形状を転写して成形品を作製する工程とを有する光学部品の製造方法。
【請求項２】
前記成形品の構成材料がプラスチック材料であることを特徴とする請求項１に記載の光学部品の製造方法。
【請求項３】
前記成形品の表面に金属膜を成膜する工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学部品の製造方法。
【請求項４】
前記成形品の構成材料が透明性材料であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学部品の製造方法に関し、詳しくはマイクロミラー及びマイクロレンズの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信関連、画像表示機器関連、さらには光学デバイスを使用した光学機器関連の分野で、機器の小型化、通信速度の高速化、画像の高精細化を進めるために、ミクロン単位レベルの微細な光学系を備えた微細光学部品の開発が盛んに行われている。
【０００３】
図７はマイクロレンズ及びマイクロミラーの一例を示した図である。マイクロレンズ６５０、マイクロミラー６００は非常に微小な領域で光を集光させたり（図７（ａ））、反射させたり（図７（ｂ））する部品で、微細光学部品の中でも広い用途で使用される部品である。
【０００４】
従来、これら光学部品（マイクロレンズ、マイクロミラー）は切削加工法を用いて製造されていた。特に、光を集光させるためのレンズ面、光を反射させるための鏡面の加工は高い寸法精度が要求されるため、入念に何度も加工を繰り返して仕上げていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図９は切削加工法による曲面形状の加工を示した図である。図９に示すような一定の曲率半径Ｒからなる曲面を切削加工法で加工する場合、切削工具２０００はｘ方向とｙ方向にそれぞれ異なった移動量で正確に加工して行かなくてはならない。近年ではコンピューター制御によって、ｘ方向の移動量とｙ方向の移動量を即座に計算し加工を行えるようになり、その精度は高まったが、その一方でデジタル制御されてしまうため、図９の拡大図に示すように、加工面には微小な段差が形成されてしまっていた。
【０００６】
さらにこの段差を完全に無くすためには、上記のような切削工具２０００での切削加工の後に砥石を用いた研磨加工を施して仕上げていた。しかしながら、研磨加工法を用いた場合、一定の曲率からなる曲面の形成が難しいという欠点があった。また微小な曲率半径Ｒをもつ曲面には適していなかった。
【０００７】
また、従来切削加工法の場合、切削工具２０００の破損を防ぐため、切削工具２０００に適度な強度をもたせる必要があった。そのため、切削工具２０００は小型化できず、従来の切削工具２０００では曲率半径が１００μｍ以下の加工はできなかった。
【０００８】
本発明の目的は、一定の曲率からなる曲面を有し、寸法精度が高い微細光学部品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
さらに、半径１００μｍ以下の微小な曲率半径からなる曲面を有する微細光学部品の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の微細光学部品の製造方法は、導電性基板上に部分的に導電性基板が露出するようなパターンで非導電性膜を形成する工程と、
導電性基板が露出している部分に電鋳処理を施し、非導電性膜の厚さより厚く電鋳部材を形成する工程と、
電鋳部材の形状を他の部材に転写し成形品を作製する工程とを有している。
【００１１】
さらに、成形品の構成材料はプラスチック材料であることが望ましい。
【００１２】
さらに、成形品の表面に金属膜を成膜する工程を有しているのが望ましい。
【００１３】
さらに、成形品の材質が透明性を有しているのが望ましい。
【００１４】
（作用）
本発明の上記手段では、まず導電性基板上に部分的に導電性基板が露出するようなパターンで非導電性膜を形成する。非導電性膜は電気的に絶縁性が確保されていればよく、厚さに制限は無い。その後、導電性基板に電流を流し電気メッキを行うと、電気的に絶縁されている非導電性膜上にはメッキ成長しないが、導電性基板が露出している部分にはメッキ材料が析出しメッキ成長がなされていく。一般に電気メッキ法によって析出したメッキ材料で所定の形状を有する構造物を形成する方法を電鋳法と呼んでいる。以下本発明の説明では、このメッキ処理の工程を電鋳工程と記す。
【００１５】
図５は電鋳工程における電鋳部材のメッキ成長方向を示した図である。本光学部品の製造における電鋳工程では、非導電性膜３００に覆われていない導電性基板２００上を起点として電鋳部材４００のメッキ成長が始まる。電鋳部材４００のメッキ成長では等方性であるが、非導電性膜３００の厚さを越えるまでは、非導電性膜３００に遮られるため、導電性基板２００の平面に対して垂直な方向にのみ成長が進んでいく。しかしながら非導電性膜３００の厚さを越えた高さにまで電鋳部材４００が成長すると、これまで水平方向への成長を遮っていた非導電性膜３００が無くなるため、全ての方向へのメッキ成長が開始される。この時のメッキ成長の速度は、全ての方向に同じ速度である。それ故に、電鋳部材４００には図５で示すような一定の曲率の曲面が形成されるのである。本発明は電鋳部材４００を形成するときのメッキ成長の等方性を利用した点が大きな特徴である。
【００１６】
また電鋳部材４００に形成される曲面の曲率は、非導電性膜３００から突出した電鋳部材４００の高さで決定されるため、電鋳処理時間を制御し電鋳部材４００の高さを正確に制御することで、希望通りの正確な寸法で曲率を形成することができる点も特徴である。この方法によれば、１００μｍ以下の曲率半径も容易に達成可能である。
【００１７】
このようにして得られた電鋳部材４００には、非導電性膜３００上に形成された曲面部分と導電性基板２００上に形成された平坦面部分とが連続的に形成されることになる。
【００１８】
さらにこの電鋳部材４００を型として利用し、プラスチック材料に転写させることで、電鋳部材４００の形状を転写した成形品を大量に容易に製造することができる。プラスチック材料で大量に製造したこれら成形品の表面に金属膜を成膜すればマイクロミラーになり、透明性のプラスチック材料で成形品を作れば、マイクロレンズにもなる。
【００１９】
以上のように、本発明の光学部品の製造方法では従来の方法では製造が困難であった一定の曲率からなる曲面を有し、寸法精度が高い光学部品の製造方法を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の微細光学部品であるマイクロミラーの製造方法を示した図である。以下に本実施形態におけるマイクロミラー１０の製造方法を説明する。まず始めに、ガラス板の表面に金（Ａｕ）膜が０．２μｍの厚みで成膜されている導電性基板２００を用意し、その上にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる非導電性膜３００を０．２μｍの厚さで所望の形状にパターニングして形成した（図１（ａ））。本実施形態では直径３０μｍの円形状で２００μｍの等間隔に導電性基板２００が露出する形状の非導電性膜３００を形成した。なおここで言う間隔とは隣り合った円形状の中心間距離のことである。本実施形態では非導電性膜３００のパターン化にリフトオフ法を用いた。リフトオフ法とは、写真技術を利用して薄膜の不要な部分だけを剥離する方法であり、ＬＳＩ分野で広く使われている一般的な方法である。なお、非導電性膜３００は電気的絶縁性が確保されていればよく厚さに制限はない。
【００２１】
次に、導電性基板２００に電流を流しながらニッケル（Ｎｉ）電鋳を行い、図１（ｂ）に示すような、Ｎｉからなる電鋳部材４００を形成した。Ｎｉ電鋳とは、Ｎｉメッキ法の一種であり、Ｎｉメッキ法によって構造物を形成する加工法である。本実施形態では、このＮｉ電鋳によって、電鋳部材４００を非導電性膜３００の表面から８０μｍの高さまでメッキ成長させた。図６は本工程（図１（ｂ））の状態を上方から見た図である。図６のように電鋳部材４００を上方から見ると、直径φ１９０μｍの円形に形成されており、電鋳部材４００は三次元的にはドーム形状になっていることがわかる。詳しくは、直径３０μｍの領域を有する平坦面部分Ａの周囲を曲率半径が８０μｍの一定の曲率からなる曲面部分Ｂが囲んでいるドーム形状である。なお一般に曲率とは、曲線または曲面上の各点における、その曲線または曲面のまがりの程度のことを意味し、この曲線、曲面上の二点を通る円の半径のことを曲率半径と呼んでいる。
【００２２】
本発明の製造方法において、非導電性膜３００の表面から電鋳部材４００の上面までの高さと曲面の曲率半径とは必ず同一の値になる。これはＮｉ電鋳のメッキ成長が等方的に進んだ結果であり、本発明の特徴の一つである。なお本実施形態では、５０℃のスルファミン酸ニッケルメッキ液中で、１．３Ａ／ｄｍ2 の電流密度で、６時間電鋳処理することによって、電鋳部材４００を形成した。
【００２３】
その後、図１（ｃ）に示すように、電鋳部材４００上に一般的な成型法によってプラスチック材料からなる基台１１０を形成した。
【００２４】
さらに基台１１０は電鋳部材４００、非導電性膜３００、導電性基板２００から剥離され、電鋳部材４００の形状を正確に転写した形状の基台１１０が現れる（図１（ｄ））。基台１１０が剥離された電鋳部材４００、非導電性膜３００、導電性基板２００からなる一体品（図１（ｂ）の状態）は繰り返し基台１１０を成型するのに利用可能である。
【００２５】
最後に、基台１１０の曲面が形成された側に光の反射率が高いクロム（Ｃｒ）膜からなる金属膜１２０を成膜して、反射率の高いマイクロミラー１０を完成させた。本マイクロミラー１０には曲率半径が８０μｍの一定の曲率からなる曲面と直径３０μｍの領域を有する平坦面とが連続的につながった凹面が形成されている。従来の切削加工法によって製造されたマイクロミラーでは、８０μｍというような微小な曲率半径からなる曲面を形成することはできなかった。本発明では、図１（ｂ）における電鋳部材４００の形成工程において、非導電性膜３００の表面から電鋳部材４００の上面までの高さを調節することで、１μｍ程度の非常に微小な曲率半径の曲面でさえ容易に作製可能であり、微小な曲率半径からなる曲面を形成するのに適した製造方法である。またその精度もミクロンレベルで非常に高精度である。
【００２６】
また本発明のマイクロミラーでは、研磨加工をすることなく、鏡面を形成することができた。これは分子レベルで均一に部材を成長させることが可能な電鋳法を利用することによって、電鋳部材４００の表面が鏡面状態に形成されたためである。研磨工程が無くなったことにより、工程が簡略化され、生産性が向上した点も本発明の効果の一つである。
【００２７】
本実施形態では、導電性基板２００として、ガラス板表面にＡｕ膜が成膜された基板を用いたが、当然のごとく、ステンレス（ＳＵＳ）板、銅（Ｃｕ）板、チタン（Ｔｉ）板など導電性の材料そのものを基板としても何ら問題はない。またプラスチック板上に導電性材料薄膜を成膜した基板でもかまわない。
【００２８】
非導電性膜３００として、Ａｌ2Ｏ3に限られるものではなく、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）など酸化物の他に、ネガレジスト、ポジレジストのような有機感光性材料も利用可能である。またそれらのパターニング方法には、リフトオフ法の他に、エッチング法、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法、マスキング法など多くの方法が挙げられる。
【００２９】
電鋳部材４００は、Ｎｉの他に、電気メッキ法で形成できる材料であれば、いかなる材料を利用してもかまわない。例えば、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）及びそれらを含んだ合金などが挙げられる。
【００３０】
本実施形態によって製造したマイクロミラー１０の使用例は数多く考えられるが、その内の一例を以下に示す。図３は  本発明のマイクロミラーの使用例を示した図である。透明性基板３０の裏面側に光発電素子２０が張り付けられた部品に本マイクロミラー１０を配置することで、光発電素子２０には全方向から光が照射され、発電効率を向上させることができる。また全方向から光が照射されることで光発電素子２０の部分的な劣化を防ぐことができる。
【００３１】
この他に、同じ構造で光発電素子２０を光センサーに替えれば、感度が良好な光センサー部品を達成できるなど、多くの応用が可能である。
【００３２】
（第２の実施形態）
図２は本発明の微細光学部品であるマイクロレンズの製造方法を示した図である。マイクロレンズ１５の製造において、図２（ａ）の前の工程までは、図１（ａ）、図１（ｂ）と全く同じ工程である。図１（ｂ）に示すような導電性基板２００、非導電性膜３００、電鋳部材４００を構成した後、図２（ａ）では、プラスチック材料からなる成形型５００を形成した。成形型５００には、電鋳部材４００の形状を転写した凹面形状が形成されることになる。
【００３３】
その後、成形型５００は導電性基板２００、非導電性膜３００、電鋳部材４００から剥離される。この成形型５００はこの後の工程でマイクロレンズ１５を成型するための型となる。そこでこの時点で、成形型５００の表面にシリコーン系の剥離剤を塗布し、成型されたマイクロレンズ１５が剥離しやすいよう処理しておく。なおこの処理は本発明に直接関わるものではないので、図２（ｂ）ではシリコーン系の剥離剤を表示していない。
【００３４】
次に、成形型５００を型として利用し、透明性プラスチック材料による成型を行いマイクロレンズ１５を形成する（図２（ｃ））。その結果、マイクロレンズ１５には成形型５００の凹面形状が転写されて、凸面形状が形成されることになる。
【００３５】
最後にマイクロレンズ１５を成形型５００から剥離して、透明性プラスチック材料からなる、曲率半径が８０μｍの一定の曲率の曲面と直径３０μｍの領域を有する平坦面とが連続的につながった凸面を備えたマイクロレンズが完成する（図２（ｄ））。
【００３６】
第２の実施形態では、成形型５００からマイクロレンズ１５を成型によって製造したが、成形型５００から、さらに形状を転写させ、次なる第２の成形型を形成することも可能であり、この第２の成形型を使えば、第１の実施形態で製造した形状と全く同じ形状のマイクロミラーを形成できる。図８は本発明のマイクロミラーの別の製造方法を示した図である。図２（ｂ）のようにして形成した成形型５００上に無電解Ｎｉメッキ処理を施し無電解Ｎｉ膜２５０を形成し、さらに無電解Ｎｉ膜２５０に電流を流してＮｉ電鋳処理を施すことによって、Ｎｉからなる第２の成形型５５０を形成することが可能である（図８（ａ））。この第２の成形型５５０から成形型５００を除去した後（図８（ｂ））、基台１１０を成形し（図８（ｃ））、第２の成形型５５０から取り外せば基台１１０が製造できる（図８（ｄ））。最後に基台１１０の表面に金属膜１２０を成膜すれば、マイクロミラー１０が完成する（図８（ｅ））。このようにＮｉからなる第２の成形型５５０を利用すれば、剛性を非常に高くすることができるため、射出成形用の成形型として利用できるようになり、その結果、生産性が向上する。以上のように本光学部品の製造方法は、大量に同じ形状の微細な光学部品を製造するのに適しており、非常に生産性に優れた製造方法である。
【００３７】
本実施形態によって製造したマイクロレンズ１５も数多くの使用例が考えられるが、その内の一例を以下に示す。図４は本発明のマイクロレンズの使用例を示した図である。基板３５の表面に光発電素子２０が張り付けられた部品に対して、図４のようにマイクロレンズ１５を配置することで、光発電素子２０の単位面積当たりの光量が増加し、発電量を多くすることができる。その結果、同量の発電量のものであれば、部品の小型化が可能になる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の光学部品の製造方法によれば、電鋳法によって処理時間を正確に制御することで電鋳部材の高さ及び曲率半径を正確に制御することができる。この方法によれば、１００μｍ以下の曲率半径も容易に達成可能である。
【００３９】
このようにして得られた電鋳部材の形状を元に転写成形することによって、従来の方法では製造が困難であった一定の曲率からなる曲面を有した光学部品を達成することができた。
【００４０】
また分子レベルで均一に部材を成長させることが可能な電鋳法を利用することで、電鋳部材の表面を鏡面状態に形成することができた。その結果、研磨工程が全く必要無くなり、工程が簡略化され、生産性が向上した。
【００４１】
また本発明の光学部品の製造方法によれば、電鋳部材から第２の成形型を作製し、第２の成形型を元にして光学部品を転写成形する事も可能である。この方法を用いることによって、同形状の光学部品を大量に且つ容易に製造することができるようになった。
【００４２】
以上のように、本発明の光学部品の製造方法によれば、従来の方法では製造が困難であった一定の曲率からなる曲面を有し、寸法精度が高い、非常に微細な光学部品を製造することができた。
【００４３】
さらに、本発明の光学部品の製造方法によれば、大量生産が可能で非常に生産性が高くなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学部品の製造方法の実施形態であるマイクロミラーの製造方法を示した図である。
【図２】本発明の光学部品の製造方法の実施形態であるマイクロレンズの製造方法を示した図である。
【図３】マイクロミラーの使用例を示した図である。
【図４】マイクロレンズの使用例を示した図である。
【図５】電鋳工程における電鋳部材の成長方向を示した図である。
【図６】本発明の製造方法の一工程における状態を上方から見た図である。
【図７】マイクロレンズ及びマイクロミラーの一例を示した図である。
【図８】本発明の光学部品の製造方法の実施形態であるマイクロミラーの別の製造方法を示した図である。
【図９】従来の切削加工法による曲面形状の加工を示した図である。
【符号の説明】
１０  マイクロミラー
１５  マイクロレンズ
２０  光発電素子
３０  透明性基板
３５  基板
１１０  基台
１２０  金属膜
２００  導電性基板
２５０  無電解Ｎｉ膜
３００  非導電性膜
４００  電鋳部材
５００  成形型
５５０  第２の成形型
６００  マイクロミラー
６５０  マイクロレンズ
２０００  切削工具
【図１】
2005300558.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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